Toll受體4在三種肺部疾病的研究進展

陳佳俊 李永霞

Toll受體(Toll-like receptor，TLR)作為先天免疫的代表[1]，作為一種跨膜模式識別受體，通過激活一系列炎癥信號通路及免疫應答調節，在細菌、病毒感染調節的各個方面發揮著重要的重用，TLRs家族共有13個識別受體，其中10個在人類表達，共同組成人類、其他動物抵抗病原菌的第一道防線，Beutler與Hoffman就此發現榮獲2011年諾貝爾生理學與醫學獎，在眾多受體中，TLR4研究較為明確，作為一個重要的中間調控環節，銜接著細菌內毒素成分脂多糖(LPS)與TLR4，激活下游髓樣物質88(myeloid differentiation factor 88，MyD88)通路，造成的各種炎性改變。在此變化中TLR4起到了承上啟下，在介導細胞炎性反應及免疫方面發揮著重要的意義，現在研究比較多的通路為：TLR4/MyD88依賴性途徑，引起下游核轉錄因子κB(nuclear factor kappa-light-chain-enhancer of activated B-cells ，NF-KB)、TNF-α激活；非依賴性TLR4/MyD88的路徑，激活Toll/白細胞介素-1受體(TIR)活化。其中前者與炎癥有密切關系。在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4都在肺部疾病中起到重要意義，其實研究較多的為COPD、支氣管哮喘等，然而具體機制暫不明確。本文中主要研究TLR4在肺部疾病改變相關進展。

TLR4與慢性阻塞性肺疾病

慢性阻塞性肺疾病(Chronic Obstructive Pulmonary Disease ，COPD)，是一種以氣流受阻為主的氣道慢性炎癥，已成為一個全球健康問題，世界衛生組織(WHO)預計，到2020年COPD將在全球疾病負擔中排名第五；多區域中國的流行病學調查顯示，40歲以上人群COPD患病率為8.2%，老年人患病率明顯增加，造成的社會經濟負擔及醫療支出顯著增加，但是該疾病未能完全闡述清楚，以氣道慢性炎癥、氣道重塑、肺氣腫并肺功能進行性下降為主要病理改變。其中，香煙煙霧及其他有毒有害氣體作為COPD誘發與加重風險[2]，促進疾病的發展。Haw等人[3]的相關研究表明，香煙及其他煙霧激活TLR2及TLR4通路激活，相應蛋白表達增加，造成血管及器官的炎癥反應，這種炎性細胞表達廣泛分布于外周血有核細胞及支氣管盥洗液中，在TLR4基因缺乏的樣本中，炎性因子表達明顯下降，在抑制炎癥反應及穩定COPD患者癥狀方向，提供了一個新的治療與降低急性加重的方案。為了進一步闡明香煙煙霧及其他煙霧對COPD患者氣道損傷中的機制，Emilie Doz 團隊[2]的研究證明，與以往的TLR4活化通路中最重要的內毒素(lipopolysaccharide LPS)引導與TLR4同下游MyD88等因子激活不同，他證明煙霧可能作為一種潛在類似LPS物質引起下游TLR4激活。在對于具體激活不同時，Emilie Doz認為可能煙霧需要白介素受體參與反應，但LPS則不一樣[3]。同時在另外一些研究中，TLR4參與煙霧對穩定肺結構與肺氣腫有密切關系[4]，對于慢性吸煙的COPD患者及普通人來說，戒煙有益無害。

在煙霧刺激下，機體發生慢性炎癥反應[2]。氣道慢性炎癥及持續性全身缺氧造成血管反應尤為明顯，特別是在血管炎癥與血管重塑中[5]，TLR通路系統扮演著重要的角色，持續的慢性炎癥刺激，包括：病原微生物、物理因素等等，在激活TLR系統途徑來說，TLR分為主要的依賴MyD88途徑與非依賴MyD88途徑，均最終釋放炎癥介質及其他細胞損傷因子，共同引起血管炎癥反應，通路TLR/Myd88/NF-KB被證實，能改變肺血管的通透性，刺激下游炎癥細胞基質金屬蛋白酶(matrix metalloproteinase，MMP)，調節血管增生、肺動脈平滑肌合成異常中，發揮重要作用[6]。MMP，對抗血管重塑、調整細胞外機制[7]有著積極的意義，在面對長期肺部疾病患者來說，肺動脈高壓仍是不可避免的歸宿，是否可以通過調節TLR/Myd88/NF-KB通路，延緩與降低肺動脈血管重塑速度，增加患者生存率，提供了新思路。

在慢性肺部疾病中，TLR2和TLR4均參與疾病發展[3]，只是過程有不同，TLR2多用來識別革蘭陽性菌糖肽等，TLR4識別革蘭陰性菌脂多糖(LPS)與脂低聚糖(lipooligosaccharide，LOS)，而在作用炎癥系統及通路時，又以“瀑布式”級聯激活下游NF-kB活化，促進炎癥介質釋放。隨著研究的深入，近些年來從基因水平[8]闡述COPD與TLR在人群易感性的聯系不斷被人們所熟知，Apostolou團隊[9]討論TLR2與TLR4的功能性單核苷酸多態性(single-nucleotide polymorphisms，SNPs)表型不同，并且在對于COPD先天免疫治療方面提供了新方法。

TLR4與支氣管哮喘

支氣管哮喘是一種多因素、多基因參與的具有潛在遺傳性的氣道疾病，通常有多種炎癥細胞及炎癥因子參與。隨著環境污染及家具裝修等其他外在原因，支氣管哮喘的發病率越來越高，且患病年齡也逐漸減小。在各種誘發因素中，與我們生活環境密切相關的是房屋中螨蟲(House dust mites HDMs)，Ishii團隊[10]證明，HDMs作為過敏原與Myd88結構相似，無論有無TLR4受體的存在，都可以激活TLR4下游途徑，促進炎癥釋放，機體在接觸HDMs的情況下，誘導發生炎癥反應與接觸時間有關，可引起嗜酸性粒細胞聚集，增加哮喘患者急性加重風險。

研究證實免疫因素[11- 12]最為重要，尤其是(輔助1)Th1與(輔助2)Th2的失衡，并進一步解釋Th1可調控哮喘急性發作，Th2促進哮喘急性改變。對于細菌低劑量LPS刺激小鼠激活TLR4同時，促進Th2生產，增加肥大細胞釋放過敏物質，導致哮喘患者急性發作，缺乏TLR4基因的小鼠，Th2與過敏物質無明顯增高，這可能是與TL4具體參與途徑有關，在Lee團隊[13]的研究中證實LPS激活肥大細胞脫顆粒是由于激活TLR4/MyD88/NF-KB途徑，值得注意的是，在高劑量的LPS刺激下引起Th1增加，換句話說，隨著LPS濃度與接觸時間增加，由原來激活Th2程度不斷下降，Th1程度不斷增加，對抗Th2引起的不良反應，機體的一種自我保護機制，可能由于濃度不同激活不同的通路，但具體原因不詳。

隨著哮喘患者反復發作導致氣道變形、扭曲、纖毛倒伏、杯狀細胞增生，原因可能與患者長期慢性炎癥氣道重塑有關[14]，在小鼠病理模型上可見支氣管上皮細胞支氣管壁增厚和管腔狹窄，上皮細胞排列紊亂、脫落、支氣管炎癥細胞浸潤，從細胞學因子上TLR4誘導T細胞分化Th2過程中[15]，使得白細胞介素(IL)-4、IL-13、樹突細胞等物質的增加、成熟，引起巨噬細胞產生MMP、裂解結構蛋白，參與哮喘氣道重塑[16]。TLR4與氣道重塑機制暫無明確，但在對抗氣道重塑、改善氣道微環境、提高患者生活質量一直是研究熱點。Qiao Junying團隊[17]以1, 25-(OH)2D3為研究對象，與以往激活途徑不同，1, 25-(OH)2D3作為鈣的活性形式，不僅參與調節機體鈣、磷代謝水平，同時也參與單核細胞及其他免疫細胞共同參與免疫調節，抑制IL-4等物質釋放，也通過抑制纖維蛋白達到抑制氣道重塑，在對抗哮喘氣道重塑中證實，由于不同劑量，造成不同的改變，在低、中劑量1, 25-(OH)2D3能減少支氣管炎癥細胞浸潤，相反，高劑量增加炎癥細胞浸潤與氣道壁厚度。1, 25-(OH)2D3在未來可能作為一種氣管重構抑制劑被使用。LI MING團隊[16]則以TLR4受體抑制劑TAK242為對象，以細胞因子胸腺基質淋巴細胞生成素(thymic stromal lymphopoietin TSLP)為基礎，TLR4-TSLP信號傳導路徑影響支氣管病理改變，TLR4抑制劑可以作為改善氣道重塑治療方法，但具體TLR4參與機體代謝、免疫等目前還有待進一步研究。

TLR4與阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣綜合征

阻塞性睡眠呼吸暫停低通氣(Obstructive sleep apnea OSA)是以夜間打鼾、白天嗜睡等癥狀的一組疾病，隨著人們對疾病及自身健康的認識，該疾病越來越被重視，在一項中國香港研究表明，中國男性患病率4.1%[18]，女性為2.1%[19]。隨著研究的深入，發現OSA作為獨立因素與心血管系統、代謝系統、神經系統等疾病有關[20]。OSA病理特點以夜間呼吸暫停和低通氣為表現的間歇性低氧(intermittent hypoxia IH)，形成了缺氧/再氧合(hypoxia/reoxygenation H/R)改變，類似缺血/再灌注損傷(ischemia/reperfusion I/R)，在導致各種疾病環節中以IH為基礎，引起炎癥反應與代謝功能障礙，并且IH時間長短與TLR4激活程度呈正相關，依賴TLR4/MyD88/MAPK途徑造成下游NF-KB、TNF-α和氧化應激物質激活(超氧化物歧化酶)，在IH影響下，對機體不同組織器官存在不同損傷，Zeng Xianqin團隊[21]在IH條件下闡述OSA患者合并動脈粥樣硬化能造成斑塊不穩定、脂質纖維帽變薄、減少斑塊內平滑肌及膠原纖維含量及增加脂質在動脈粥樣硬化中的不良影響，Kang Hyeon Hui 等研究[22]肝臟纖維化進展發現，在IH影響下，增加腸道對脂質等物質的通透性、全身脂多糖分泌增加等等，所以在此腸道通透性增加的基礎上，大膽猜想，在IH影響下增加腸道對脂質的吸收，影響脂肪在血管及其他部位堆積，增加動脈粥樣硬化及破裂風險，增加肝臟對處理脂質物質及其他物質的壓力，甚至增加一系列與脂質代謝有關的基本風險。但上述猜想未見明確的文獻闡明。對于腦組織及腎臟來說，IH也是一直不能忽略的損傷因素，激活TLR4，在TLR4/MyD88/MAPK途徑中，引起下游釋放炎癥介質，造成腦海馬神經元死亡、中樞神經“無菌性炎癥”反應并在H/R作用下造成腦組織氧化應激損傷[23]；腎臟組織對于缺血缺氧極為敏感，腎小管上皮空泡化、二級溶酶體增加和線粒體腫脹和退化等，最終造成腎臟組織[24]，綜上所述，OSA作為呼吸系統疾病，確是一個全身多功能、臟器影響的疾病，作為臨床醫生，也需要增加對該疾病的重視。

對于OSA的治療，以CPAP為主要治療方案，但隨著研究的深入，越來越多的研究者考慮從藥物方面來減少OSA患者組織、器官損傷。藥物與CPAP雙重治療，可能將會起到事半功倍的效果。阿托伐他汀，作為3-羥基-3-甲基戊二酰輔酶A輔酶A還原酶的競爭性抑制劑，一方面藥物被用于調脂用藥，抑制氧化應激和抗炎作用，另一方面抑制TLR4/MyD88/NF-KB信號通路活化，對于心肌細胞[25]，能改善心肌內皮細胞功能、減少血管炎癥，特別是對于逆轉心室重塑抑制平滑肌增生、改善心肌纖維增生起到了重要作用[26]。同樣，在腎臟[27]、中樞神經[28]等組織中，均能促進組織修復，改善功能；另外右旋美托米定作為一種新型高選擇性α2腎上腺素受體激動劑，在臨床，常作為鎮靜劑和麻醉劑使用，該藥物有強大的抗炎作用，直接作用于LPS/TLR4/MyD88 /NF-KB途徑，減少炎癥物質釋放，在大量的動物及細胞實驗中，預前給藥或者試驗中給藥，均能降低炎癥反應，由I/R、H/R為主要損傷的疾病來說，能顯著降低炎癥反應，保護心肌損傷、中樞神經等組織[29-31]，但作為鎮靜藥物及麻醉藥物來說，是否會對嚴重呼吸系統疾病患者存在禁忌癥無明確相關文章。對于上述兩種藥物來說，給我們一種新的思考路徑，在對于OSA的IH患者來說CPAP仍然作為首選治療方案，輔助給予阿托伐他汀、右旋美托米定等藥物是否會減輕組織損傷、促進細胞組織修復，也有待前瞻性研究。

總之，TLR4。一方面，LPS、煙霧及其他誘因可引起活化。TLR4作為溝通下游通路最重要的受體，起到承上啟下有的作用。另外一方面，抑制、敲除TLR4相應基因將會導致炎癥反應缺失。對于呼吸科疾病來說，了解TLR4、合理運用TLR發揮的炎癥反應作用，就更能服務于患者，為指導治療提供新方案。